基于Zigbee的校园草坪智能灌溉系统的设计.docx

基于Zigbee的校园草坪智能灌溉系统的设计赖其涛摘要通过对传统草坪养护方式的分析，提出了采用光伏供电、远程可控的草坪养护方式，并且在设计中采用了分布式单元设计，解决了各种校园复杂地形的布局问题。在设计中充分考虑环境和工程因素，使设计简单、可靠，易于施工等。同时对单元单体进行了测试和验证，结果表明该工艺简单，数據可靠，生产效率高。关键词草坪；灌溉；智能中图分类号S274.2；TP23文献标识码A文章编号0517-6611（2017）13-0218-02DesignofIntelligentIrrigationSystemforCampusLawnBasedonZigbeeLAIQi-tao（CollegeofInformationEngineering，ShaoxingVocational&TechnicalCollege，Shaoxing，Zhejiang312000）AbstractThroughtheanalysisofthetraditionalturfmaintenancemode，thephotovoltaicpowersupply，lawnmaintenancemethodsofremotecontrol，anddistributedunitdesignwereadoptedinthedesigntosolveavarietyofcomplexterrainofthecampuslayoutproblem.Byfullconsiderationofenvironmentalandengineeringfactors，thedesignwassimple，reliableandeasytoconstruct.Theunitcellwastestedandverified.Theresultsshowedthattheprocesswassimple，reliableandefficient.KeywordsLawn；Irrigation；Intelligence随着经济的发展，人们对生活品质的追求越来越高，学校管理者对校园环境的建设也越来越重视，各级政府每年也会对各级院校进行绿色校园等方面的考评，环保、节能、绿化是主要的考核内容。现在人们一进校园往往看到的是一大片绿油油的草坪，校园内其他的地方也基本上都铺上了草坪，很少见到裸露的泥土，虽然环境相比20世纪90年代可以用“翻天覆地”来形容，但是为此所付出的代价也是巨大的[1]。特别是近几年劳动力市场发生了较大的变化，人工成本大幅上升。既要美化生活，又要降低成本和节约能源，这种理念不断地推动着人们往人工智能的道路上前行，如何节约能源、减少劳动力、降低成本变得非常有意义。笔者对校园智能灌溉系统的设计与实施做了较为详细的阐述，设计了整个管路系统和通信控制系统，为了让系统更加环保、绿色，还为系统设计了太阳能光伏系统，真正达到了绿色、环保、智能。1系统的结构设计校园草坪一般分布范围宽、形状各异，为了安装和维护比较简单，采用了单元分布式结构设计，一个单元自成系统，然后通过积木式搭建构成系统，智能灌溉网结构示意如图1所示。图1中共由4个智能灌溉单元构成，1个光伏发电单元，1个市政进水管网系统。每个单元拥有10个喷水接口，设计工作水压0.04MPa（国家自来水标准水压0.06MPa），喷射有效半径为3m（不留死角），这样一个喷头有效覆盖面积为S=πr2=28.26m2。按此计算一个单元覆盖的面积为282.60m2，所以在实际工程中根据有效的草坪面积可以简单计算出所需要的单元数量，使工程预决算变得简单方便[2]。每个单元都放置了1个Zigbee通信控制系统，可以和网关直接通信，也可以作为路由器来进行数据包的转发，控制系统可以接受上位机下达的指令进行操作，也可以根据土壤传感器、水管压力传感器等采集回来的数据进行闭环自动控制，上位机也可以根据当地气象数据，预判天气情况，进行策略控制，节省能源和水资源，降低成本。为了让系统安全、环保，整个系统全都采用光伏直流24V供电，真正杜绝了用电安全事故，图2为单元设计示意图。整个系统由控制器、无线通信模块、电磁水阀、进水压力传感器、出水压力传感器、手动球阀、喷头及管道组成。无线通信模块和控制器集成在一起，用目前使用比较广泛、由TI公司生产的CC2530芯片为主芯片设计而成，电磁水阀用24V直流电磁阀，为了能够获得足够的反馈信息，精确地控制系统，所以在水阀的进水和出水部位都安装了水压传感器，但是这会增加整个工程的成本。2电气控制系统设计为了能让整个系统具有智能化，特为校园草坪智能灌溉系统设计了具有Zigbee通信的电气控制系统，控制结构框图如图3所示。整个电控系统由光伏发电系统、控制器、土壤湿度传感器、出水压力检测模块、进水压力检测模块、电磁水阀控制模块